水环境中的重金属1
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（2）有广泛的污染源（采矿、冶金、某些化工产业、 燃媒、及其他人为释放源）。
重金属环境行为的基本特征
（1）是构成地壳的组分，在各环境介质中均有背景含量，在污 染物分类中视为是永久性污染物。（中国环境背景值研究的理论和应用意义）
（2）有广泛的污染源（采矿、冶金、某些化工产业、燃媒等） 。 （人为释放与风化释放的关系现状）
重金属离子水解平衡常数
M2+ ＋ H2O = MOH＋ + H+
K1
M2+ ＋ 2 H2O = M(OH)20 + 2 H+ K2
M2+ ＋ 3 H2O = M(OH)3- + 3 H+ K3
M2+ ＋ 4 H2O = M(OH)42- + 4 H+ K4
重金属各级水解组分的分布（%）计算通式
如果溶液中只存在某一种金属离子，那么各级水解产物占 离子总量的百分数仅仅是平衡常数和溶液pH值的函数。
“No”effects
可能
Adverse effects 有
重金属与类金属
自然产生，人为加强释放
不会降解，主要为转化过程
与其化学形态有关
双阈值
（补充有关知识）
基本的，有；非基本的，无
非基本的，无；非基本的， 有
在含量不足或过多时有
重金属在环境中迁移的复杂性和 人们研究的局限性
水环境是多相电介质，存在多种反应，包 括：离子－离子的反应、离子－溶剂的反应、 离子－固体的反应、水解－水合、络合、沉淀 －溶解、氧化－还原、生化反应。水环境是开 放的、非平衡的和非线性的系统。重金属在水 环境中的迁移和转化极为复杂。
[M]总 = [M2+] + [MOH+] + [M(OH)20] + [M(OH)3+] + • • •
[M]总 = [M2+] [1 + K1 [MOH+] / [H+] + K1×K2 / [H+]2 + K1×K2 ×K3 / [H+]3 + • • •
[M2+]所占百分数 = [M2+]/ [M]总 = [1 + K1 [MOH+] / [H+] + K1×K2 / [H+]2 + K1×K2 ×K3 / [H+]3 + • • • ]-1
而离子电位低（离子半径小与电价高的金属离子对H+的吸引力决 定于溶液的pH值，因为这些离子对H+的吸引力与OH-相匹敌。 在pH值较低（H+的浓度高时），则H+可把OH-争夺过来，使金属 以水合金属离子的形式存在（ Men+ (H2O)n 。如果pH值较高 （OH-的浓度高时），OH-较易与金属离子形成羟基金属离子。 金属的水解过程实际上等同于羟基对金属离子的络合过程
重金属离子的水解平衡
M2+ + H2O = MOH+ + H+
水解平衡常数 K1 = [MOH+] + [H+] / [M2+] 改为对数表达式：
pK1 = -log [MOH+] /-log[M2+] + pH
当pK1 = pH时，log [MOH+] /-log[M2+] = 0 [MOH+] /-log[M2+] = 1
但目前，人们一般只能将水环境作为平衡 系统对其进行研究，且多为研究平衡系统的某 些环节。
pH值对重金属迁移的影响
与pH影响有关的几个相互关联的问题： 金属氢氧化物的沉淀-溶解反应 金属的水解作用 羟基（ OH- ）对金属的络合作用
金属氢氧化物的溶解度图
重金属氢氧化物的溶解-沉淀平衡
溶解反应式：M(OH)n ＝ 2OH- + Mn+
浓度积常数： Ksp ＝ [M+] [OH-]n
达溶解平衡时溶液中金属的浓度与[OH-] n
的关系：
[M+] ＝ Ksp / [OH-] n
根据水的离子积常数将[OH-] 以pH表示
Kw ＝ [H+] [OH-]
log [M+] ＝ log Ksp - n log Kw - n pH 改为负对数：pM ＝ n pH - log Ksp - 14
（4）微量即可致毒，有长期性累积效应，有生物放大作用，可 通过母乳和遗传对新生儿产生影响。（水俣病骨痛病成因，中国松花江汞污染
研究）
重金属与合成有机物环境行为和毒性的差别
合成有机物
Source
人为引入
Fate
或多或少降解
Fra Baidu bibliotek
Bio-availability 与其亲脂性有关
Toxicity
单阈值
Positive effects 无
三、重金属污染评价问题 1 重金属的形态与毒性关系及金属的甲基化问题 2 沉积物在重金属污染评价研究中的应用 3 水环境重金属质量标准与基准问题
不同学者视野中的重金属
（1） 物理定义：密度大于5 g/cm3的金属 (45种元素) 密度大于4 g/cm3的金属（60种元素）
（2） 化学定义：原子序数大于20的金属。
（3） 在毒理学上泛指有毒金属。
（4） 在环境研究中，指Hg、Cd、Pb、Cr等对人体有毒性 的金属以及类金属中的As等生理毒性显著的元素；也指其 他对生态系统有一定毒性影响的Zn、Cu、Ni、Co、Sn等。
重金属环境行为的基本特征
（1）是构成地壳的组分，在各环境介质中均有背景 含量，在污染物分类中被视为永久性污染物。
（3）多数为周期表中的过渡元素，有特殊电子构层，最外的S 层的电子数为1～2，次外层D电子层未被充满，易于接收外来 电子，使重金属的环境行为有以下特点： •有广泛价态，可在多种Eh-pH条件下存在。不同电价的 重金属有不同的迁移性和生物有效性； •易形成络合物，有利于其在环境中迁移扩散； •易与OH-、S2-、CO3-生成沉淀，可抑制其迁移扩散
重金属在水环境中的 迁移转化
本章内容
一、概述 1 不同学科对“重金属”的界定 1 重金属环境行为特点 2 迁移过程的复杂性与当前研究的局限性
二、重金属在环境中的迁移过程 1 重金属的水解平衡、沉淀-溶解平衡、羟基络合过程、 及三者之间的关系 2 环境胶体对重金属的吸持作用 3 环境物质的氧化-还原平衡与重金属迁移
重金属水解作用
从原子之间的关系看，金属离子的水解作用可以看成是金属离子 和H+对OH-的争夺作用。 离子电位高（离子半径大与电价小）的金属离子(如K+, Na+, Ca2+, Sr2+等)对H+的吸引力小于OH-对H+的吸引力，因此这类离子不易 水解，或者说要在很高的pH值时才能水解。它们往往以简单的 水合离子，Men+ (H2O)n, 形式存在于水中。水中的Ca, Mg等即如 此。
重金属环境行为的基本特征
（1）是构成地壳的组分，在各环境介质中均有背景含量，在污 染物分类中视为是永久性污染物。（中国环境背景值研究的理论和应用意义）
（2）有广泛的污染源（采矿、冶金、某些化工产业、燃媒等） 。 （人为释放与风化释放的关系现状）
重金属离子水解平衡常数
M2+ ＋ H2O = MOH＋ + H+
K1
M2+ ＋ 2 H2O = M(OH)20 + 2 H+ K2
M2+ ＋ 3 H2O = M(OH)3- + 3 H+ K3
M2+ ＋ 4 H2O = M(OH)42- + 4 H+ K4
重金属各级水解组分的分布（%）计算通式
如果溶液中只存在某一种金属离子，那么各级水解产物占 离子总量的百分数仅仅是平衡常数和溶液pH值的函数。
“No”effects
可能
Adverse effects 有
重金属与类金属
自然产生，人为加强释放
不会降解，主要为转化过程
与其化学形态有关
双阈值
（补充有关知识）
基本的，有；非基本的，无
非基本的，无；非基本的， 有
在含量不足或过多时有
重金属在环境中迁移的复杂性和 人们研究的局限性
水环境是多相电介质，存在多种反应，包 括：离子－离子的反应、离子－溶剂的反应、 离子－固体的反应、水解－水合、络合、沉淀 －溶解、氧化－还原、生化反应。水环境是开 放的、非平衡的和非线性的系统。重金属在水 环境中的迁移和转化极为复杂。
[M]总 = [M2+] + [MOH+] + [M(OH)20] + [M(OH)3+] + • • •
[M]总 = [M2+] [1 + K1 [MOH+] / [H+] + K1×K2 / [H+]2 + K1×K2 ×K3 / [H+]3 + • • •
[M2+]所占百分数 = [M2+]/ [M]总 = [1 + K1 [MOH+] / [H+] + K1×K2 / [H+]2 + K1×K2 ×K3 / [H+]3 + • • • ]-1
而离子电位低（离子半径小与电价高的金属离子对H+的吸引力决 定于溶液的pH值，因为这些离子对H+的吸引力与OH-相匹敌。 在pH值较低（H+的浓度高时），则H+可把OH-争夺过来，使金属 以水合金属离子的形式存在（ Men+ (H2O)n 。如果pH值较高 （OH-的浓度高时），OH-较易与金属离子形成羟基金属离子。 金属的水解过程实际上等同于羟基对金属离子的络合过程
重金属离子的水解平衡
M2+ + H2O = MOH+ + H+
水解平衡常数 K1 = [MOH+] + [H+] / [M2+] 改为对数表达式：
pK1 = -log [MOH+] /-log[M2+] + pH
当pK1 = pH时，log [MOH+] /-log[M2+] = 0 [MOH+] /-log[M2+] = 1
但目前，人们一般只能将水环境作为平衡 系统对其进行研究，且多为研究平衡系统的某 些环节。
pH值对重金属迁移的影响
与pH影响有关的几个相互关联的问题： 金属氢氧化物的沉淀-溶解反应 金属的水解作用 羟基（ OH- ）对金属的络合作用
金属氢氧化物的溶解度图
重金属氢氧化物的溶解-沉淀平衡
溶解反应式：M(OH)n ＝ 2OH- + Mn+
浓度积常数： Ksp ＝ [M+] [OH-]n
达溶解平衡时溶液中金属的浓度与[OH-] n
的关系：
[M+] ＝ Ksp / [OH-] n
根据水的离子积常数将[OH-] 以pH表示
Kw ＝ [H+] [OH-]
log [M+] ＝ log Ksp - n log Kw - n pH 改为负对数：pM ＝ n pH - log Ksp - 14
（4）微量即可致毒，有长期性累积效应，有生物放大作用，可 通过母乳和遗传对新生儿产生影响。（水俣病骨痛病成因，中国松花江汞污染
研究）
重金属与合成有机物环境行为和毒性的差别
合成有机物
Source
人为引入
Fate
或多或少降解
Fra Baidu bibliotek
Bio-availability 与其亲脂性有关
Toxicity
单阈值
Positive effects 无
三、重金属污染评价问题 1 重金属的形态与毒性关系及金属的甲基化问题 2 沉积物在重金属污染评价研究中的应用 3 水环境重金属质量标准与基准问题
不同学者视野中的重金属
（1） 物理定义：密度大于5 g/cm3的金属 (45种元素) 密度大于4 g/cm3的金属（60种元素）
（2） 化学定义：原子序数大于20的金属。
（3） 在毒理学上泛指有毒金属。
（4） 在环境研究中，指Hg、Cd、Pb、Cr等对人体有毒性 的金属以及类金属中的As等生理毒性显著的元素；也指其 他对生态系统有一定毒性影响的Zn、Cu、Ni、Co、Sn等。
重金属环境行为的基本特征
（1）是构成地壳的组分，在各环境介质中均有背景 含量，在污染物分类中被视为永久性污染物。
（3）多数为周期表中的过渡元素，有特殊电子构层，最外的S 层的电子数为1～2，次外层D电子层未被充满，易于接收外来 电子，使重金属的环境行为有以下特点： •有广泛价态，可在多种Eh-pH条件下存在。不同电价的 重金属有不同的迁移性和生物有效性； •易形成络合物，有利于其在环境中迁移扩散； •易与OH-、S2-、CO3-生成沉淀，可抑制其迁移扩散
重金属在水环境中的 迁移转化
本章内容
一、概述 1 不同学科对“重金属”的界定 1 重金属环境行为特点 2 迁移过程的复杂性与当前研究的局限性
二、重金属在环境中的迁移过程 1 重金属的水解平衡、沉淀-溶解平衡、羟基络合过程、 及三者之间的关系 2 环境胶体对重金属的吸持作用 3 环境物质的氧化-还原平衡与重金属迁移
重金属水解作用
从原子之间的关系看，金属离子的水解作用可以看成是金属离子 和H+对OH-的争夺作用。 离子电位高（离子半径大与电价小）的金属离子(如K+, Na+, Ca2+, Sr2+等)对H+的吸引力小于OH-对H+的吸引力，因此这类离子不易 水解，或者说要在很高的pH值时才能水解。它们往往以简单的 水合离子，Men+ (H2O)n, 形式存在于水中。水中的Ca, Mg等即如 此。